劉旭

霧霾是近年來我國北方地區(qū)比較常見的一種災(zāi)害性天氣。每年10月至次年3月，很多城市都會被連日的霧霾籠罩。有人開玩笑說“世界上最遠(yuǎn)的距離，不是生與死，而是我在街頭牽著你的手，卻看不見你的臉?！薄板薰凡灰姽?，狗繩提在手，見繩不見手，狗叫我才走！”“情侶逛街走，必須手牽手；撞上樹和柱，被迫暫松手；過了樹和柱，不見情人手?！薄淮蟛ǖ亩巫右灿纱硕?。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)及應(yīng)用的普及，如何讓計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)在霧霾天氣中看清朦朦朧朧的行人、車輛，如何使其在能見度低的場景下發(fā)揮正常作用，已經(jīng)成為困擾計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的難題。西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院圖像所的石爭浩是研究該問題的專家，他說他做的工作就是“要讓看不見的對象看得見，讓看不清楚的圖像看得更清楚”。

勤學(xué)筑基石 篤行見高瓴

石爭浩說，他從事計(jì)算機(jī)圖像處理純粹是偶然后來產(chǎn)生興趣所致。他大學(xué)本科就讀于大連鐵道學(xué)院（現(xiàn)大連交通大學(xué)）鑄造技術(shù)專業(yè)，畢業(yè)后分配到鐵道部西安車輛工廠從事鐵道車輛配件鑄造生產(chǎn)的技術(shù)工作，與計(jì)算機(jī)和圖像處理沒有一點(diǎn)關(guān)系。有一次，單位要編寫一個(gè)信息管理系統(tǒng)軟件。由于他上大學(xué)期間曾在大連理工大學(xué)輔修過軟件工程專業(yè)，有一定的計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)，于是就被安排參與到這個(gè)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)中去。

“在參與這個(gè)軟件的開發(fā)過程中，我發(fā)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)編程將自己的一些想法實(shí)現(xiàn)出來很有意思?！笔癄幒普f。出于興趣，在工作兩年后，他報(bào)考了西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)碩士研究生，希望能在計(jì)算機(jī)這條路上有更好的發(fā)展。

2000年，他碩士研究生畢業(yè)被保送攻讀本校電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)的博士研究生。但經(jīng)過一段時(shí)間考慮后，他放棄了這個(gè)寶貴機(jī)會，選擇報(bào)考西安微電子技術(shù)所的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)的博士研究生。他說：“之所以放棄和再選擇，是因?yàn)閷τ?jì)算機(jī)技術(shù)研究的興趣和熱愛，而選擇西安微電子技術(shù)所計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)，是因?yàn)樵撍邪l(fā)了我國第一顆衛(wèi)星上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對之非常敬仰?！?/p>

石爭浩說他到海外去留學(xué)也是偶然。但是這其中更是必然。

早在上大學(xué)時(shí)，他就有出國留學(xué)的想法，曾參加了托福和GRE培訓(xùn)，并通過了考試。進(jìn)入研究生階段的學(xué)習(xí)之后，隨著他對國外計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展了解得越多，留學(xué)的想法就越強(qiáng)烈。一個(gè)偶然機(jī)會，他認(rèn)識了在日本從事圖像處理研究的著名華人學(xué)者何立風(fēng)教授。

在何教授的推薦下，他博士畢業(yè)后來到日本名古屋工業(yè)大學(xué)智能信息系伊藤教授研究室從事機(jī)器人視覺方向的博士后研究。針對機(jī)器人視覺動(dòng)態(tài)目標(biāo)分割問題，他提出一種基于遺傳優(yōu)化的模糊均值聚類分割方法，并被2007人工智能與模式識別大會作為大會邀請論文接收發(fā)表。這項(xiàng)工作引起當(dāng)時(shí)在芝加哥大學(xué)任教的鈴木教授的注意。鈴木教授當(dāng)時(shí)正在與何立風(fēng)教授合作研究CT肺結(jié)節(jié)圖像的分割與檢測問題。在何教授的再次推薦下，受鈴木教授邀請，2007年7月，石爭浩以研究員的身份到芝加哥大學(xué)鈴木教授研究室從事醫(yī)學(xué)CT肺結(jié)節(jié)圖像分析研究。

回國工作多年后，受國家留學(xué)基金委資助，2016年12月，他以訪問學(xué)者身份再次赴美交流。這次，他聯(lián)系了醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的頂尖華人學(xué)者北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的沈定剛教授。沈教授熱情地回復(fù)了郵件，并盛情邀請他赴美從事腦膠質(zhì)瘤的影像分析研究。

說起海外學(xué)習(xí)的收獲，石爭浩感慨萬千。他說“國外的研究生活，兩點(diǎn)一線，比較單調(diào)。但良好的學(xué)術(shù)氛圍使我受益頗多，特別是在芝加哥大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)教堂山分校兩段寶貴的研究經(jīng)歷，對我影響更為深遠(yuǎn)?！彼X得自己很幸運(yùn)，在學(xué)術(shù)上遇到了頂尖的教授，不僅在研究上得到了快速成長，還在治學(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)管理上學(xué)習(xí)到很好的經(jīng)驗(yàn)。

“芝加哥大學(xué)鈴木教授是一個(gè)研究作風(fēng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜?，在芝加哥大學(xué)工作期間，我接受了系統(tǒng)、嚴(yán)格的研究訓(xùn)練，特別是論文寫作，鈴木教授幾乎每篇文章都是一字一句指導(dǎo)。在鈴木教授的嚴(yán)格要求和認(rèn)真指導(dǎo)下，我學(xué)會了如何較好地組織論文結(jié)構(gòu)，如何較好地展示自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如何較好地進(jìn)行語言論述，讓自己的研究成果更容易被認(rèn)可，并且在對問題的分析判斷、對研究發(fā)展的把握上也更上一層樓。”

“沈定剛教授是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域頂尖專家。他非常睿智并且勤奮，學(xué)生把文章發(fā)給他之后，常常在24小時(shí)內(nèi)收到他的細(xì)致修改。他每周要跟組里50多名留學(xué)生進(jìn)行一對一的當(dāng)面交流；令人敬佩的是，沈教授對每個(gè)人的研究內(nèi)容、方法甚至細(xì)節(jié)都了如指掌，指導(dǎo)非常到位。更重要的是，沈定剛教授對團(tuán)隊(duì)成員要求非常嚴(yán)格，除了每天要打卡上下班，每周還要寫研究進(jìn)展匯報(bào)，要參加3次研究室組會。對于組會交流，他非常注重陳述表達(dá)，大到一個(gè)算法的框架，小到一個(gè)PPT中的標(biāo)點(diǎn)符號都要求完美呈現(xiàn)?！?/p>

創(chuàng)新成矩陣 汗水鑄碩果

如何既能有效抑制圖像中的干擾噪聲，同時(shí)又能有效增強(qiáng)圖像中的感興趣信息，一直是圖像處理及計(jì)算機(jī)視覺研究的熱點(diǎn)，也是圖像增強(qiáng)研究中的一個(gè)基礎(chǔ)性難題。

在國家自然基金、陜西省自然基金及陜西省教育廳自然科學(xué)專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目資助下，石爭浩及其團(tuán)隊(duì)圍繞低辨度圖像增強(qiáng)及其在醫(yī)學(xué)圖像、視頻監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，進(jìn)行了較為深入的研究。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)融會貫通，在特定行業(yè)和領(lǐng)域應(yīng)用中形成了矩陣效應(yīng)，打出了漂亮的組合拳，也結(jié)出了豐碩成果。

其一，他針對醫(yī)學(xué)微小肺結(jié)節(jié)圖像、砂巖微觀圖像及企業(yè)污染票據(jù)等低辨度圖像，基于人眼視覺的選擇性機(jī)制及拉普拉斯高斯函數(shù)的多尺度表達(dá)特性，首次將Hessian矩陣分析和拉普拉斯高斯濾波函數(shù)相結(jié)合，提出基于Hessian矩陣分析和拉普拉斯高斯濾波（Hessian-LoG filtering）的圖像增強(qiáng)方法。Journal of Biomedical Engineering and Medical Imaging主編、圖像處理及人工智能著名專家、美國伊利諾理工學(xué)院Suzuki教授評價(jià)該方法“思路新穎，效果很好”。IEEE/ACM Fellow，英國倫敦城市大學(xué)教授Panos Liatsis教授評價(jià)該方法是“一種性能良好的濾波方法，能很好處理微小感光細(xì)胞”。

其二，他針對光照變化對圖像的影響問題，提出一種基于對數(shù)域離散余弦變換的光照補(bǔ)償消光方法，克服了現(xiàn)有方法無法處理極端光照不足的問題。論文評閱人給出如下評閱意見：“使用該方法在每種實(shí)驗(yàn)情況下得到的識別結(jié)果都很理想，推薦將其作為一種可靠的光照標(biāo)準(zhǔn)化解決方案?！币栽摷夹g(shù)為基礎(chǔ)，石爭浩團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)完成了人臉光照補(bǔ)償軟件系統(tǒng)并在第三方軟件系統(tǒng)應(yīng)用。

其三，他針對霧霾圖像的清晰化增強(qiáng)處理問題，受暗通道先驗(yàn)啟發(fā)，提出一種暗先驗(yàn)單圖像去霧增強(qiáng)方法，與暗通道先驗(yàn)去霧方法相比，該方法運(yùn)算時(shí)間短，圖像去霧后對比度較好。新西蘭大學(xué)信息學(xué)院馬特教授對這項(xiàng)工作表示出極大興趣，曾當(dāng)面提出并隨后多次來函希望與石爭浩團(tuán)隊(duì)在該方面進(jìn)行合作研究。此外，該技術(shù)在多家企業(yè)的戶外視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，產(chǎn)生了一定經(jīng)濟(jì)效益。

近年來，石爭浩及其團(tuán)隊(duì)先后在Neural Computing & Applications、IET image processing和ICPR等人工智能及圖像處理領(lǐng)域權(quán)威期刊和國際會議發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文41篇，其中1篇進(jìn)入2019年ESI高被引top 10%；以第一完成人先后獲陜西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、西安市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。2018年度，入選浙江省臺州市“500精英人才”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才項(xiàng)目。

上述成果不僅探究了解決問題的理論與方法，還通過與多家公司的合作，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。截至目前，通過產(chǎn)學(xué)研合作，這些成果產(chǎn)生了巨大的經(jīng)常效益，幫助合作企業(yè)新增銷售額累計(jì)達(dá)1億元人民幣。

石爭浩的研究工作在國內(nèi)外也產(chǎn)生了巨大的影響。他曾先后多次受邀在國際會議、著名大學(xué)做學(xué)術(shù)報(bào)告。最近，他還受邀擔(dān)任印度BANASHTIHALI大學(xué)博士論文選題評審專家；并且受中科院院士（外籍），巴基斯坦教育部、科技部前部長，卡拉奇大學(xué)Atta-urRahman教授邀請擬擔(dān)任Current Chinese Science co-editor。

研究無止境 攜手開新篇

石爭浩目前正在主持國家自然基金面上項(xiàng)目“弱光低照多光源互擾塵霾圖像增強(qiáng)方法及應(yīng)用”的研究。項(xiàng)目開展1年來，圍繞關(guān)鍵的技術(shù)問題，他先后提出基于深度集成網(wǎng)絡(luò)的夜間雨霧圖像增強(qiáng)方法、基于光暈抑制的暗通道先驗(yàn)沙塵圖像增強(qiáng)方法、基于伽瑪矯正的帶顏色恢復(fù)的限制性直方圖均衡沙塵圖像增強(qiáng)方法，并在Neural Computing & Applications、IET image processing等人工智能及圖像處理領(lǐng)域高水平雜志上發(fā)表。這些成果為解決復(fù)雜環(huán)境下的圖像退化問題提供了新的理論和方法，對提高復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器視覺的應(yīng)用能力具有重要意義。

他還參加承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“多模態(tài)自然交互虛擬融合開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境”中的“開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用平臺及示范”子課題。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的優(yōu)化及共享，具有非常重要的社會意義。

像這樣的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，石爭浩及其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)參加了很多。每一次科研攻關(guān)的過程，都是一次團(tuán)隊(duì)能力提升的鍛造過程。

“傳道授業(yè)解惑”，教學(xué)是教師的立身之本。石爭浩說：“大學(xué)老師不同于中學(xué)老師，不能單純地為教而教，更應(yīng)該‘教而研之，研而用之。所以我一直堅(jiān)持將自己和團(tuán)隊(duì)的研究成果引入教學(xué)中，使教學(xué)研究相互促進(jìn)?！弊鳛檠芯可鷮?dǎo)師，他注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，他要求學(xué)生拓展和把握最新的研究方向。

“以德為師，以身為范”。盡管承擔(dān)了繁重的科研任務(wù)，石爭浩依然樂于擔(dān)任本科生班主任，和學(xué)生就專業(yè)學(xué)習(xí)和科研方面的問題進(jìn)行近距離交流討論，引導(dǎo)學(xué)生積極追求向上。

“每一年研究生新生入學(xué)，我都要和學(xué)生進(jìn)行一對一的交流，了解他們的專業(yè)興趣和擅長。然后根據(jù)交流結(jié)果，分配不同的研究問題。一般我會挑選好適合他們的文獻(xiàn)，讓他們一篇一篇地研讀。”石爭浩表示，在對研究生的管理方面，他借鑒了沈定剛教授的團(tuán)隊(duì)管理方法：要求學(xué)生每周寫工作匯報(bào)；為及時(shí)跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生的研究進(jìn)展，每周定期組織學(xué)生交流討論近期研究問題，給每個(gè)人進(jìn)行針對性的指導(dǎo)。

這種嚴(yán)格的管理和興趣導(dǎo)向培養(yǎng)，取得了很好的效果。自學(xué)校2016年首次設(shè)立優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文獎(jiǎng)以來，石爭浩所指導(dǎo)學(xué)生已經(jīng)有3人獲得該獎(jiǎng)勵(lì)，而他本人也兩次獲評為優(yōu)秀碩士論文指導(dǎo)教師，以及學(xué)院、學(xué)校優(yōu)秀本科生指導(dǎo)教師。

“十年圓夢等續(xù)航，勝敗無論皆舊事，需知學(xué)海無止境；百事歸零待出發(fā)，你我攜手開新境，切記人生有彼岸?！边@副對聯(lián)，是石爭浩寫給新入學(xué)研究生的寄語，也是他的治學(xué)態(tài)度。

“愛崗敬業(yè)，勇于承擔(dān)，努力進(jìn)取，無問西東；用心育人，樂于奉獻(xiàn)，力爭上游，只因有夢?！边@副對聯(lián)，是石爭浩對自己數(shù)年工作的評價(jià)，也是他人生態(tài)度的一個(gè)寫照。

在這份“撥得云開見月明”的事業(yè)中，石爭浩和他的研究團(tuán)隊(duì)將越走越遠(yuǎn)，讓計(jì)算機(jī)不僅“看得見”，更能“看得清”！